(8) 有機 EL を用いたプリントヘッドの開発

須山宏平
パナソニックコミュニケーションズ株式会社・イメージング開発センター・主事
１．はじめに

２．有機 EL プリントヘッドの概要

電子写真方式露光光源として従来のレーザー方式や２．１ 有機ELプリントヘッドの全体構成LED方式に代わる第3の方式として有機ELプリントヘッ

図1に有機ELプリントヘッドの全体構成を示す。基板ドが注目されている。一方、電子写真方式プリンタに上に形成した有機EL素子から発光した光は金属フレー対する要求は高画質化、高速化、小型化があり、中でム上に配置したミラーで90度に折り曲げられ正立等倍も装置の小型化の要求は顕著である。これらの要求に像の像形成が可能なロッドレンズアレイにより所望の対して、従来のポリゴンモータでレーザー走査するレ露光サイズに結像される。この方式によりヘッド全体ーザスキャニングユニット（LSU）方式と異なり、可動の薄型化を図り、4色のプロセスユニットそれぞれに光部が無くヘッド基板上に高精細で配置したEL素子像を源を必要とするタンデムエンジンでは、感光体間ピッ感光体上に正立等倍で像形成が可能なロッドレンズア

チを狭められエンジン全体の小型化が可能となる。

レイを使用した密着型有機ELプリントヘッドは、小型化の点で非常に有利であり、また静音性にも優れプロ

Encapsulate grass

セスも簡素にできる。

Drive IC

TFT backplane

しかしながら、有機 EL を用いたプリントヘッドは以下のような課題が予想される。(1)高輝度発光が必要とされるが、寿命が短い。(2)均一な印字画質を得るには、一定輝度での発光が必要である。(3)ディスプレイ

Rod lens

Mirror

Metal flame

Fig. 1. Structure of an OLED print headに比べて、駆動周波数が高い。
(1)はデバイス構造の改良と、感光体分光感度に合わせた有機EL材料の選択、(2)は光量モニタによる光フィードバックの実現、(3)はLTPSを用いたTFT基板を開発

２．２ 主な試作仕様

することで、A4版サイズに対応可能な技術構築を図っ

1. 印字幅:A4版, 2. 解像度:600x600dpi,た。このプリントヘッド基板にロッドレンズアレイを3. 印字速度:21ppm, 4. 発光波長:640nm,組み合わせてユニット化し、当社の電子写真方式複合

5. 発光輝度:6000cd/m2機に搭載して印字評価を行った。

6. 駆動:LTPS‑TFTによるAM駆動

また、本デバイスの高解像度、高精細化の可能性の7. 輝度バラツキ:±1%以内

検証に、有機EL素子を1200dpiピッチに一列配置したプリントヘッドを試作し、実機の感光体上で現像したト

２．３ 技術の概要
図 2 に印字幅が A4 版対応サイズの 600dpi 有機 ELナー画像を評価した。
本報告では、600 dpi有機ELプリントヘッドの構成プリントヘッドの外観を示す。LTPS プロセスで作製し及び1200dpiリアルドットの実現可能性について述べ

た TFT 基板上に、42.3um ピッチで一次元に配列されたる。

5120 画素のボトムエミッション型高分子有機 EL 素子-1-を形成し、封止を行った。IC ドライバーは COG(Chip On

示す 2)。両者の分光感度特性が異なるため、有機 EL をGlass)実装されており、これにロッドレンズアレイをプリントヘッドとして使用する場合は、有機 EL の発光組み合わせて、プリントヘッドが構成される。

スペクトルと感光体の分光感度特性ができるだけマッチするような材料の選定が必要である。今回は、長寿命化に長波長の赤色発光材料を選択することで露光エ

600dpi 5120dots

ネルギーの低減を図った。

OLED
Sensor circuit
OLED drive circuit
Driver IC
Driver IC

Encapsulation glass
Emitting Layer

Ultraviolet Glue
CathodeFig. 2. Photograph of a print head substrate

Inter Layer

ELMoO3BankITO
図 3 は、図 2 で示したプリントヘッド基板においてTFT

1 ドットおきに点灯させた場合の発光パターンを示す。

Glass Substrate

Emitting

ここでの有機 EL 素子は、32umx31um の矩形とした。クInsulating Layer

ロストーク無く各画素が独立に制御できている。

Fig. 3.

Photograph of OLED emission
pattern (1on1off pattern)(A.U.)ONOFFIntensity

Emitting/Sensitivity of Relative

Fig. 4. Cross -section of device structure

２．４ 有機EL素子部
Wavelength (nm)図4に有機EL素子部の層構成を示す。TFT基板上に、陽極としてITO電極を形成後、バンクで画素規制し、次Fig. 5. Comparison of OLED emission spectrawith OPC sensitivity and Luminosity function

いでホール注入層としてMoO3層を蒸着にて形成後、イEL emission spectrum

ンターレイヤと発光層を順にスピンコートで成膜した。

Luminosity function

陰極にはBaとAgを蒸着にて成膜した。インターレイヤ

Sensitivity of Photoconductor

および発光材料はSumation（株）の材料を使用した。
ホール注入層としてのMoO3は低電圧化と長寿命化の目的で導入した1)。
図 5 に視感度と被露光体である感光体の感度特性を-2-２．５ 駆動技術

Start

高速印字（A4,600dpi,21ppm）の実現に、20MHzのドットクロック周波数が必要である。本プリントヘッド
では、移動度が高く、高速動作が可能な、LTPS‑TFTをExposing the OLED pixel with the fixedcurrent

用いた。駆動部は、画素部に隣接して設けられており、一般的なディスプレイと同じ5T1Cの画素回路構成とし

measurering thesensor under the OLED pixel

た。TFT基板上には制御用のドライバーICとFPCをCOGにて実装し、基板面積を抑え小型化を実現した。

Sensor output voltage=
Memorized voltage?

２．６ 光量補正技術=<>

有機EL素子は、初期の光量バラツキや使用履歴によReadjusting the current of the OLED pixelby sensor output voltage

る劣化が異なる為、印字画像濃度のムラを引き起こし易い。そこで、各素子の光量変化を高精度に補正する光量フィードバックシステムを開発した。
ここでは 5120 個の有機 EL 素子と同数の p‑Si センサ

OLED output value is fixed

を有機 EL 素子の直下に配置し、実際の発光光量を検知
Complete

し、有機 EL 素子に流れる電流を比例制御させて、一定輝度の駆動を実現した。図６に本フィードバックシス
テムのフローチャートを示す。図７には実際の補正システムでの検証実験の結果を示す。10％基準光量よりFig. 6. Flowchart of degradation compensate
operation

低い状態からの補正回数とその補正精度を示しており、5 回目の補正で±１％の精度まで到達しておりシステ

Compensation accuracy[%]

ムの補正性能が確認できた。
2.00%0.00%-2.00%-4.00%-6.00%-8.00%-10.00%-12.00%13579

Repetitions [times]

Fig. 7. Repetitions for correction andthe compensation accuracy

３．600dpiプリントヘッドの潜像特性
３．１ 光学特性
有機EL素子の光学特性評価を定量化する為、光量分布解析ソフトを開発し、光学的クロストークや各種発-3-光パターンの潜像電位分布を確認した。光学特性評価の手順として以下の手順で実施した。
(1) 有機ELを発光させCCDカメラにて撮影(2)（1）の発光状態をパターン化(3) 発光パターンから発光強度と感光体周速に(5) 3D latent image

対応した累積発光強度の計算(4) 累積発光強度と実測した感光体光除電特性を基(6) Cross section oflatent image

Fig. 8. Visualization of 600dpi latent imageに潜像電位分布の計算(5) 潜像の3D表示(6) 潜像断面積の表示
図８に一例を示す。当システムを導入することにより、Moderation Transfer Function（MTF）、1/e2 のビーム径、1/２e2 ビーム径の測定を簡便化することが３．２ 印字特性
レーザー方式の当社製 4 連タンデムエンジン複合機に 600dpi 用有機 EL プリントヘッドを実装し、LSUと同一の現像系を用いて画像評価を実施した。画像評出来た。
本プリントヘッドでは、主走査、副走査の MTF 値は共に 80％以上であり、十分な解像性能を有することが価にあたっては解像性能評価の指標である・孤立ドット再現性・line pair の解像性確認できた。

・斜め線の再現性に着目して印字画像評価を実施した。有機 EL による用紙上の画像と基準画像である LSU の画像を図９に示す。有機 EL での画像がほぼ同等以上の解像性を示すことが確認できた。

(1) CCD measurementof luminous intensity(2) Simulated 1 on
1 off Pattern(3) Emission intensity
pattern for optical MTF
calculation(4) Electrostatic latent
image

(a)

(b)

Fig. 9. Print Images using OLED and using LSU(a) OLED print head, (b) Conventional LSU

４. 1200dpi リアルドットの検討
有機EL素子は、基板上に一体形成が可能で素子サイズや形状を自由にコントロールできるため、1200dpiリアルドットを再現できるポテンシャルを有する。そこで-4-

１画素10μｍ□の素子を一列に配置した1200dpiデバ

イズ600dpi、21ppmの電子写真用プリントヘッドを作製

イスを作製し同様に評価した。はじめに600dpiヘッドし量産機に組み込んで印字を行った。その結果、LSUに用いた開口角20度のレンズを用いたところ、解像性を用いた従来機と同等以上の性能を得た。

が大きく低下した。

更に、1200dpiリアルドットの表現の可能性も検討

そこで開口角12度のレンズを用いMTFを測定した。

し、感光体上に1200dpi相当のトナー像が形成されてい図10にレンズによるMTFの性能差を示す。開口角20度のることを確認した。本確認により有機ELを光源としたレンズの場合のMTFは65.7％、開口角12度のレンズを用

電子写真用プリントヘッド実現が可能であることが示いた場合のMTFは81％でありレンズ性能により解像性された。

が向上している。更に、1200dpiの感光体上の印字結果

参考文献と用紙上での印字結果を図11に示した。

1)

用紙上では不十分な解像性能であるが感光体上では孤立ドット、細線共に良く解像されている。 以上のように有機 EL プリントヘッドはリアル 1200dpi を印字できるポテンシャルを有することが確認できた。

(a)

(b)

Fig. 10. MTF of 1200dpi pitch (a) MTF of
1200 dpi print head on OPC through rod lens(aperture angle:20) (b) MTF of 1200dpi print
head on OPC through rod lens (apertureangle:12)

(a)

(b)

Fig. 11. 1200dpi Real size print by OLED(a) Toner image on OPC, (b) Toner image onpaper

５. 結論
有機ELをLPTSによるTFT駆動基板上に形成しA4版サ-5-

坂上恵，濱野敬史、八浪竜一、有機 EL 討論会第 2回例会，S3‑2 (2006)[in Japanese]2) 藤井章照，第 55 回日本画像学会技術講習会[in Japanese]禁無断転載2007 年度
ビジネス機器関連技術調査報告書(発行Ⅲ―３部)

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